本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術領域，尤其是一種低風速啟動垂直軸風力發(fā)電機。

背景技術：

垂直軸風力發(fā)電機是指旋轉軸垂直于地面或者來流方向的風力發(fā)電機。相對于傳統(tǒng)的水平軸風力發(fā)電機，垂直軸風力發(fā)電機在風向改變的時候無需對風，這不僅使結構設計簡化，而且也減少了風輪對風時的陀螺力。此外，垂直軸風力發(fā)電機還具有無噪音、安全性更高等優(yōu)點，可以應用于城市公共照明、居民聚集區(qū)等水平軸風力發(fā)電機很難應用的領域。隨著分布式電站的推廣，對低風速啟動的高效風力發(fā)電機有很大的需求。升力型垂直軸風機因其無噪音、不必對風等優(yōu)點，尤其適合于常年風速較低地區(qū)的風力發(fā)電，所以越來越受到人們的關注。但是，受升力型垂直軸風機氣動特性的限制，由靜止狀態(tài)開始轉動的啟動扭矩較小。扭矩隨著轉速先降后升，過某一轉速后又開始下降，因而一旦啟動起來，風輪轉速較快，尖速比可達3左右。例如對于3m/s的風速，啟動起來后葉片速度可達9m/s。由于摩阻不可避免，而啟動扭矩小，使得其低風速啟動較為困難，轉速上不去，發(fā)電量＝扭矩×轉速，這反過來制約了或降低了低風速發(fā)電效率。另一方面，阻力型垂直軸風機的啟動扭矩大，但隨著轉速增加而急劇減少，因此風輪轉速低，最大尖速比遠小于1，發(fā)電效率低。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決升力型垂直軸風機低風速啟動困難的問題，本發(fā)明提出了一種在低風速時容易啟動的低風速啟動垂直軸風力發(fā)電機。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種低風速啟動垂直軸風力發(fā)電機，包括大風輪，大風輪包括固定主軸、設置在固定主軸上的發(fā)電機、升力型葉片和與升力型葉片連接的支撐桿，其特征在于，大風輪還包括設置在所述發(fā)電機的外置轉子上的大風輪動軸，所述支撐桿的一端連接升力型葉片，另一端連接大風輪動軸，低風速啟動垂直軸風力發(fā)電機還包括小風輪和傳遞機構，小風輪包括小風輪動軸和阻力型葉片，小風輪動軸可旋轉地設置在固定主軸上，阻力型葉片安裝在小風輪動軸上，大風輪動軸和小風輪動軸均在所述固定主軸的外側、與固定主軸同軸并可繞著固定主軸的軸線旋轉，傳遞機構設置在大風輪動軸上，在大風輪啟動前，傳遞機構建立與小風輪動軸的連接，把小風輪動軸的扭矩傳遞給大風輪動軸，在大風輪啟動后，傳遞機構脫離開與小風輪動軸的連接。

本發(fā)明提供的低風速啟動垂直軸風力發(fā)電機，增設了大風輪動軸、小風輪和傳遞機構，在啟動時采用阻力型小風輪，充分利用阻力型風輪啟動扭矩大的特點，阻力型小風輪在風速很低時都可以轉動，小風輪的扭矩傳遞給大風輪，使大風輪啟動，大風輪啟動后，完全由大風輪來發(fā)電，大風輪不受小風輪的影響，發(fā)電效率高。本發(fā)明解決了升力型垂直軸風機低風速啟動困難的問題，啟動風速低并且發(fā)電效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明低風速啟動垂直軸風力發(fā)電機的結構示意圖；

圖2為傳遞機構的剖切示意圖；

圖3為圖2的俯視方向示意圖。

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

具體實施方式

參見圖1，本發(fā)明低風速啟動垂直軸風力發(fā)電機包括大風輪、傳遞機構8和小風輪。大風輪為升力型垂直軸風輪，包括固定主軸1、設置在固定主軸1上的發(fā)電機2、升力型葉片3、支撐桿4和大風輪動軸5，升力型葉片3為升力型風輪所采用的葉片，發(fā)電機2為轉子外置的外轉子發(fā)電機。大風輪動軸5為空心柱形軸，其下端設置在發(fā)電機2的外置轉子上，通過軸承9可旋轉地安裝在固定主軸1的外側，大風輪動軸5與固定主軸1同軸并可繞著固定主軸1的軸線旋轉，大風輪動軸5旋轉時帶動發(fā)電機2的外置轉子一起旋轉而發(fā)電。支撐桿4的一端連接升力型葉片3的內(nèi)側面，另一端連接大風輪動軸5，將升力型葉片3安裝在大風輪動軸5上。升力型葉片3獲得的扭矩依次經(jīng)支撐桿4和大風輪動軸5傳遞到外轉子發(fā)電機2發(fā)電。

參見圖1，小風輪設置在大風輪的上方，包括小風輪動軸7和阻力型葉片6。小風輪動軸7為空心柱形軸，通過軸承可旋轉地設置在固定主軸1上，小風輪動軸7在固定主軸1的外側，與固定主軸1同軸并可繞著固定主軸1的軸線旋轉。阻力型葉片6安裝在小風輪動軸6上，為阻力型風輪所采用的葉片。

傳遞機構8設置大風輪動軸5上，并且在大風輪和小風輪之間。傳遞機構8用于在大風輪啟動前，建立與小風輪動軸7的連接，把小風輪動軸7的扭矩傳遞給大風輪動軸5，而在大風輪啟動后，傳遞機構8脫離開與小風輪動軸7的連接，小風輪不影響大風輪。大風輪啟動是指大風輪的升力型葉片3轉動起來速度達到發(fā)電機2啟動發(fā)電。

參見圖1、圖2和圖3，傳遞機構8包括隨動架14、導向架11、彈簧10、滑塊12和傳遞塊13。隨動架14為圓盤形，其底部固定安裝在大風輪動軸5上，固定主軸1從隨動架14中穿過。傳遞塊13固定設置在小風輪動軸7下端部的外圓柱面上，呈三角形狀。導向架11、彈簧10和滑塊12均設置在隨動架14上，彈簧10、滑塊12和傳遞塊13沿著大風輪動軸5的徑向依次由外向內(nèi)布置，滑塊12在彈簧10和傳遞塊13之間。彈簧10的一端連接隨動架14，另一端連接滑塊12的尾部，彈簧10的彈力把滑塊12推向傳遞塊13。導向架11為一塊平板，與彈簧10的軸線平行布置，導向架11靠近彈簧10的平面為導向面，導向面與彈簧10的軸線平行，并與滑塊12接觸，在彈簧10的彈力和滑塊12旋轉時其自身離心力作用下，滑塊12始終貼靠著導向架11沿著導向架11移動，導向架11起到引導滑塊12移動方向和傳遞扭矩的作用。在小風輪動軸7的轉動方向上，導向架11在滑塊12和彈簧10的前方一側，傳遞塊13在導向架11的后方一側，導向架11與傳遞塊13之間形成V形開口，導向架11和傳遞塊13分別為V形開口的兩個邊?；瑝K12的頭部為與該V形開口相適配的V形，彈簧10推動滑塊12，使滑塊12在導向架11和傳遞塊13之間，滑塊12的頭部插入該V形開口中并與V形開口的兩個邊接觸，即與導向架11和傳遞塊13接觸。該結構一方面使得滑塊12能很好與導向架11和傳遞塊13接觸，以更好地傳遞扭矩，另一方面能使在滑塊12旋轉時，滑塊12在其自身離心力作用下能快速地脫離開傳遞塊13，不與傳遞塊13接觸。

在大風輪啟動前，彈簧10的彈力推動滑塊12，使滑塊12均與傳遞塊13和導向架11接觸，一旦有風將小風輪吹轉動，小風輪動軸7的扭矩依次通過傳遞快13、滑塊12、導向架11和隨動架14傳遞給大風輪動軸7，使大風輪旋轉，當升力型葉片3轉動起來速度達到發(fā)電機2啟動發(fā)電時，大風輪啟動；在大風輪啟動后，滑塊12在離心力作用下克服彈簧10的彈力向外移動，脫離開傳遞塊13，不與傳遞塊13接觸，大風輪發(fā)電，小風輪不影響大風輪。

本發(fā)明上述實施例通過滑塊12同時與傳遞塊13和導向架11接觸來使傳遞機構8建立與小風輪動軸7的連接，通過滑塊12移動致不與傳遞塊13接觸來使傳遞機構8脫離開與小風輪動軸7的連接。本發(fā)明的傳遞機構不限于上述結構，只要能在大風輪啟動前，傳遞機構建立與小風輪動軸的連接，把小風輪動軸的扭矩傳遞給大風輪動軸，在大風輪啟動后，傳遞機構脫離開與小風輪動軸的連接，實現(xiàn)這些功能的傳遞結構均屬于本發(fā)明所述的傳遞結構。比如，傳遞結構可以是電磁鐵控制裝置，在大風輪啟動前，電磁鐵控制裝置的電磁鐵吸附在小風輪動軸上，建立起了電磁鐵控制裝置與小風輪動軸的連接，而在檢測到大風輪啟動后，電磁鐵控制裝置的電磁鐵磁性消失，電磁鐵脫離開小風輪動軸，電磁鐵控制裝置脫離開與小風輪動軸的連接。傳遞結構還可以是其他自動控制裝置或其他機械結構。

發(fā)明提供的低風速啟動垂直軸風力發(fā)電機，增設了大風輪動軸、小風輪和傳遞機構，在啟動時采用阻力型小風輪，充分利用阻力型風輪啟動扭矩大的特點，阻力型小風輪在風速很低時都可以轉動，小風輪的扭矩傳遞給大風輪，使大風輪啟動，大風輪啟動后，完全由大風輪來發(fā)電，大風輪不受小風輪的影響，發(fā)電效率高。本發(fā)明解決了升力型垂直軸風機低風速啟動困難的問題，啟動風速低并且發(fā)電效率高。